《无机非金属材料的光学性质优秀PPT.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《无机非金属材料的光学性质优秀PPT.ppt（29页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、4-5 材料的光学性能材料的光学性能optical properties of materialsBasic principles and concepts relating to interactions of electromagnetic radiation(visible light)with solid materials(atoms).Refraction,reflection,absorption,and transmission of incident light,and their relationship.mechanism of absorption and emissi
2、on of electromagnetic radiation in materialstransparency,translucency and opacity of materialsindex of refraction and its applicationluminescence,photoconductivity,and light amplification (lasers)4-5 材料的光学性能材料的光学性能(optical properties)4-5-1 电磁辐射及其与原子的相互作用电磁辐射及其与原子的相互作用 Interactions of electromagnetic
3、 radiation and atoms1、光和物质光和物质的相互作用取决于物质电磁性质电磁性质的 基本参数。电导率、介电常数和磁导率电导率、介电常数和磁导率2、相互作用是由电子跃迁和极化效应电子跃迁和极化效应实现的3、光子能量光子能量 energy E of a photon Ehchelectron transitions and electronic polarizationFIGURE 19.24、固体材料的光学性质，取决于电磁辐射与电磁辐射与材料表表 面、近表面以及材料内部面、近表面以及材料内部的电子、原子、缺陷电子、原子、缺陷之间 的相互作用4-5-2 吸取、反射和透射吸取、反射和
4、透射1、光的吸取(photon absorption)（1）光吸取的一般规律朗伯特定律 II0exAbsorbed intensity空气空气:10-5cm-1玻璃玻璃:10-2cm-1金属金属:则达几万到 几十万 -吸取系数吸取系数Absorption coefficient（2）光吸取与光波长radiation absorption and wave length在电磁波谱的可见光区：金属和半导体的吸取系数很大；电介质材料吸取系数小。在紫外吸取端：禁带宽度大的材料，紫外吸取端的波长较小 在红外区：离子的弹性振动与光子辐射发生谐振消耗能量所致 选择吸取匀整吸取=hc/Eg2、光的反射(ref
5、lection)镜反射、漫反射吸取-放射折射(refraction index)n21=sini/sinr m:反射系数反射系数 R:反射率反射率（1-m）：透射系数）：透射系数 FIGURE 19.4FIGURE 19.5Figure19.6.3、光的透射(transmission)透射率：T（1R）2el 透射率T(transmissivity)、反射率R(reflectivity)、吸取率A(absorptivity)三者之和为1II0exR=(n-1)2/(n+1)2FIGURE 19.84、折射指数、折射指数 Refraction Index 折射来源于光线通过透亮材料时，由于介质的
6、电折射来源于光线通过透亮材料时，由于介质的电子极化使得光速降低，光线在界面弯曲的现象。子极化使得光速降低，光线在界面弯曲的现象。折射指数的大小与介质的性质（原子或离子的尺折射指数的大小与介质的性质（原子或离子的尺寸、介电常数、磁导率等）和波长相关寸、介电常数、磁导率等）和波长相关 表表4-5-2 各种材料在室温对可见光的各种材料在室温对可见光的折射率折射率物质n（折射率）物质n（折射率）空气空气Al2O3 CaF2Cl2（气体）Cl2（液体）金刚石金刚石H2O（水）H2O（冰）聚四氟乙烯聚四氟乙烯醋酸纤维素聚甲基丙烯酸甲酯聚丙烯酚醛树脂环氧树脂低密度聚乙烯聚碳酸酯1.0002771.63-1.
7、681.431.0007681.3852.4171.331.301.351.48-1.501.491.491.50-1.701.5-1.61.511.59玻璃（重燧石）玻璃（锌牌）KClKFNaCl石英熔融石英SrO聚丙烯腈天然橡胶聚酰胺高密度聚乙烯聚氯乙烯氯丁橡胶聚苯乙烯1.651.521.491.361.541.541.471.871.511.521.53-1.551.541.54-1.561.551.59例题例题19.21 The transmissivity T of a transparent material 20 mm thick to normally incident lig
8、ht is 0.85.If the index of refraction of this material is 1.6,compute the thickness of material that will yield a transmissivity of 0.75.All reflection losses should be considered.Solution5、金属材料的光学性质（1）各种入射辐射被吸取 金属导带中已填充的能级上方有很多空的电子能态频率分布范围很宽的各种入射辐射都可以激发电子到能量较高的未填充态从而被吸取；（2）金属的反射，是由吸取再反射综合造成的 反射率具有频
9、率依靠性 对于红外辐射则透亮6、无机非金属无机非金属材料的光学性质（1）对红外线有确定程度的吸取（2）吸取可见辐射，且不透亮（半导体）（3）绝缘体倾向于对可见辐射透亮 Eg大（4）漫透射由多次内反射造成（5）加工过程中留下孔洞而不透亮 1%陶瓷7、高分子材料的光学性质 聚合物多数无色,包括高透亮(transparent)到不透亮。透亮度的损失起源于材料内部折射指数(refraction index)不匀整性产生的光散射 聚合物透亮带色，选择性吸取 结晶聚合物通常是半透亮(translucent)或不透亮(opaque)的 增加聚合物材料透亮性的方法 加速成核或由熔体急剧冷却削减球晶大小；拉伸球
10、晶转变为取向微丝 4-5-3 旋光性及非线性光学性旋光性及非线性光学性(nonlinear optical performance)1、旋光性旋光性 不对称碳原子手性分子2、非线性光学性质非线性光学性质（1）非线性光学效应分子（介质）受强光场（激光）作用时会产生极化，诱导极化强度 =0+2+3+0-分子永久偶极矩；分子永久偶极矩；-为局域电场强度；为局域电场强度；-分子线性极化率；分子线性极化率；和和-二阶和三阶分子超极化率二阶和三阶分子超极化率宏观物质，极化强度宏观物质，极化强度 P=（1）E十十（2）E2十十（3）E3十十 E-入射光电场强度入射光电场强度 （1）-物质的线性极化率物质的线
11、性极化率 （2）和和（3）-物物质质的的二二阶阶和和三三阶阶非非线线性极化率性极化率二阶或三阶非线性光学材料二阶或三阶非线性光学材料（2）功能）功能 变频、增幅、开关、记忆等元件功能变频、增幅、开关、记忆等元件功能（3）结构特点（有机材料）结构特点（有机材料）二阶：具有二阶：具有A-D结构结构 三阶：具有简洁移动的非定域电子体系三阶：具有简洁移动的非定域电子体系A：拉电子基，：拉电子基，D：供电子基：供电子基：共轭结构共轭结构 4-5-4光泽：取决于材料的表面反射状态光泽：取决于材料的表面反射状态4-5-5发光发光 luminescence 荧光荧光(fluorescence)：延迟放射：延迟
12、放射 10-8 s 磷光磷光(phosphorescence)：延迟放射：延迟放射 10-2 s 10s含有杂质和缺陷 价带与导带重叠没有能隙，放射光波长长于可见光 价带与导带间有能隙为Eg 激光激光(laser)-材料发光性能的重要应用材料发光性能的重要应用 必要条件必要条件 维持连绵不断的受激辐射，维持连绵不断的受激辐射，粒子数反转：高能级的原子数大于低能级的原子数粒子数反转：高能级的原子数大于低能级的原子数红宝石激光器中的Cr的能级 平衡态时各能级的粒子数n1n2n3 波长为5500埃的黄绿光照射 后 n2n1 Al2O3+CrFIGURE 19.124-5-6 光敏性（物理）光敏性（物
13、理）(photo sensitivity)在光的作用下，材料的某些性能发生可逆变更在光的作用下，材料的某些性能发生可逆变更的性质的性质 光敏物质光敏物质 智能材料智能材料 光致变色器光致变色器 光力学现象光力学现象光敏凝胶高聚物 4-5-7 光纤光纤 OPTICAL FIBERS IN COMMUNICATIONSGuide these light pulses over long distances without significant signal power loss(i.e.,attenuation)and pulse distortion.Fiber components are
14、the core,cladding,and coating;The signal passes through the core,whereas the surrounding cladding constrains the light rays to travel within the core;the outer coating protects core and cladding Any light rays traveling at oblique angles to the fiber axisare reflected back into the core.Internal reflection is accomplished by varying the index of refraction of the core and cladding glass materials.Step index graded indexFigure 19Figure 20